Что нужно знать о пятом состоянии вещества: Конденсат Бозе-Эйнштейна

Конденсат Бозе-Эйнштейна одна из тем, не вызывающих достаточной для продвижения публикации ненависти. Люди редко осведомлены о пятом агрегатном состоянии вещества. Равно как и о Бозе. Об Эйнштейне же, чтобы спровоцировать отклик аудитории, блогерам проще писать без всякого конденсата. Часто тут и одной национальности бывает достаточно.

Тем не менее, о конденсате. Немногие слышали о нём, но все – о сверхтекучести и сверхпроводимости. Тем не менее, встречаются избранные, осведомлённые даже о том, что при переходе в состояние конденсата макрообъекты начинают проявлять свойства присущие лишь объектам микромира. А это уже очень интересно. И, соответственно, трудно понять.

Следовательно, от известного: от явления сверхтекучести и сверхпроводимости, возникающих, как, опять-таки, известно, при криогенных температурах. Текучесть подразумевает перемещение атомов. Проводимость, в принципе, то же самое. Только уже лишь свободных электронов. «Сверх» же в данном контексте означает, что перемещение происходит без трения. Без взаимодействия между частицами и рассеяния энергии. Не совсем и не всегда без рассеяния. Например, электроны – движущийся заряд, – будут создавать магнитное поле (излучая виртуальные кванты), но тепло в проводнике выделяться перестанет.

Если вдуматься, исчезновение трения – достаточно странная вещь. Трение предопределено способностью частиц к электромагнитному взаимодействию. Одноимённые заряды отталкиваются, разноимённые притягиваются. То и другое означает излучение квантов, и рассеяние энергии… Вроде бы, от этого не уйти, но в состоянии конденсата данная особенность вещества утрачивается. Частицы не взаимодействуют.

Почему? Потому что, «Бозе». Ранее уже были публикации о бозонах, роде частиц «прозрачных» друг для друга. Характерным примером может служить фотон. Два потока фотонов можно пустить на встречу по одному оптоволокну, и они просто пройдут друг сквозь друга. Фотон с фотоном не взаимодействует… Но есть и другие бозоны, в том числе «составные» – состоящие из двух кварков. В составе такого бозона кварки становятся взаимно «прозрачными». И это нельзя объяснить «на пальцах». Просто магия уравнений Стандартной модели, отражающих законы микромира, никаких аналогий в макоромире не имеющие.

Пятое агрегатное состояние или конденсат Бозе возникают, когда частицы, в норме являющиеся фермионами, превращаются в бозоны. По вышеуказанной причине так можно... в микромире всё можно… но всё-таки?

Суть фокуса в принципе неопределённости. Согласно оному, положение частицы мы можем предсказать тем менее точно, чем точнее знаем её импульс… Замораживая же вещество до величин близких к абсолютному нулю импульс мы, – хотим того или нет, – начинаем знать импульс предельно точно. Нет импульса, нет погрешности. Соответственно, неопределённость координаты частицы становится огромной. Не бесконечной. Поскольку не абсолютен и ноль. Он не может стать абсолютным хотя бы потому, что «текучесть» подразумевает движение, скорость, а значит, и некоторый импульс… Однако неопределённость становится так велика, что сами частицы перестают понимать, как им взаимодействовать друг с другом. Это ж надо вызывать из виртуального пространства квант с энергией сообразной квадрату радиуса… какого радиуса?

Все вовлеченные к конденсат частицы находятся в одном месте (с учётом неопределённости положения) и имеют одинаковый импульс. Бозоны определяются ещё как частицы, любое количество которых может пребывать в одном и том же квантовом состоянии. То есть, находиться в одном месте и иметь одинаковый импульс… Таким образом, в составе конденсата атомы или электроны начинают вести себя как фотоны, – как бозоны, – или (вариант описания) как «одна частица». Ну, – уравнение одно на всех. Движутся они согласовано, – квант поглощённый одной из частиц и изменивший её импульс перераспределяется на всех, ибо где и кем конкретно он был поглощён в этой сплошной неопределённости? Расстояния между частицами не меняются (ибо какие «расстояния»?), отталкивания не происходит, ergo, рассеяния энергии нет.

Интересным же аспектом «конденсата» является то, что по определению (температура мера средней кинетической энергии) это объект макроскопический. И одновременно, как отмечалось выше, обладающий свойствами элементарной частицы. Потенциально, таким образом, в пятом агрегатном состоянии предмет обретает, например, способностью к квантовой телепортации. Частица с определённой вероятностью может обнаружиться по другую сторону непреодолимого для неё барьера, – причём, «скачком» не занимающим времени. Так же и доведённый до состояния конденсата стул имеет шанс материализоваться в другой комнате или на другой планете. «Дальнобойность» телепорта для частиц – бесконечна.

...Над этим работают. Но пока в состояние конденсата удаётся переводить не стулья, а лишь кластеры из десятков тысяч атомов. Можно видеть, что охлаждённая почти до нуля пылинка приобретает волновые свойства.

«Почти» здесь ключевое слово. Охлаждённое до нуля вещество нельзя будет увидеть. Ведь наблюдение требует физического взаимодействия, – передачи объекту некой энергии, которая, собственно, и извлекает частицы из небытия в виртуальном мире.

Тепловая смерть вселенной означает переход всего вещества в состояние конденсата Бозе-Эйнштейна с последующей «дематериализацией». Ведь бытие реализуется через взаимодействие.

Любопытно также, что эффекты «конденсации» в определённых условиях, – и только для электронов, – наблюдаются при относительно высоких температурах. Явление высокотемпературной сверхпроводимости (недавно появились публикации о наблюдении оной в клетках растений в процессе фотосинтеза) связаны с охлаждением одних «тканей материи» за счёт других… Изучены ещё недостаточно и требуют отдельного рассмотрения.